JP2014501172A - 粒子を点検及び仕分けするシステム及び方法、並びに粒子をシード粒子で仕分けするプロセス - Google Patents

Abstract

生産する粒子を点検及び仕分けする自動プロセス及びシード粒子の使用に関する適格認定をする方法を開示する。一実施形態において、シード粒子は、複数個の粒子に共形表面層を形成することによって生産し、これにより少なくとも１つの特性をシード粒子に付与し、少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとする。所定量のシード粒子を導入することによって自動仕分けシステムによる検出及び除去を使用して、製造作業を中断することなく、又は実際の望ましくない粒子をプロセス流内に導入することなく、仕分けシステムを定期的に較正及び適格認定を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、概して粒子を仕分け（ソート）するプロセスに関する。とくに、本発明は、所定数のシード（種）粒子をプロセス流内に導入することによって、粒子を点検及び仕分けする自動装置を適格認定するためのプロセスに関する。本発明は、少なくとも１つの特性であって、その特性の値又は値の範囲が、既知の望ましくない（不所望）対応特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一である、該特性を有するシード粒子の生産及び適格認定することに関する。

普通の採掘作業及び／又は金属加工作業は、望ましい鉱石若しくは金属の断片又は粒子を目視点検のための移動表面に沿って搬送する中間段階と、望ましくない（不所望）不純物の除去とを含む。不純物断片又は粒子の除去は、要素含有率公差が厳密であることが必要であり、これにより仕上がった製品の材料特性が意図される使用に適することを確実にする用途では重要である。多くの場合、このような不純物は、目標とする成分を有する標準的な鉱物若しくは金属の粒子とははっきりと異なる外観を有しており、したがって、人的作業による視覚的認識及び除去が可能である。

チタン（Ｔｉ）は、高い応力が加わるコンポーネントとしての用途を含む用途向けであって、生産中に目視点検及び仕分けを必要とする材料の例である。ＴｉＯ_２ 及び／又はＴｉＣｌ₄ からＴｉを抽出するのに使用する商業的プロセスは、Ｔｉスポンジとして知られるスポンジ状材料を生産し、つぎに、このスポンジ状材料を再溶融することによって望ましい形状に固化する。所定条件の下に、Ｔｉスポンジの生産は、「焼成」し、次いで酸化チタン又は窒化チタンに変換してあるスポンジ粒子を形成することになる。溶融中に窒化Ｔｉスポンジ粒子が混ざり込むのは望ましくなく、なぜならこれら窒化Ｔｉスポンジ粒子は、溶融相で残存する場合、仕上がり金属、合金又は製造した生産物に存在する窒化Ｔｉスポンジ粒子は、硬質アルファ物質又は低密度含有物の形成につながるからである。これら含有物は、種々の品質チェックで結晶されない場合、製造された物品の有効性に影響する。窒化又は酸化したＴｉスポンジ粒子は、通常のＴｉスポンジとは外観が明確に異なり、裸眼で容易に見分けられるより暗くくすんだ色をしている。この相違により、望ましくない粒子を識別し、また人的作業員がプロセス流から除去することができる。

現行の業界標準においては、所定最終用途コンポーネントを作製するのに使用されるＴｉスポンジは１００％の目視点検を受けることを必要としている。しかし、プロセス流を点検及び仕分けするのに個々の作業員を使用することは、時間がかかり、労働集約的であり、コストがかかるプロセスになるおそれがあり、なぜならば、移動する表面は一般的に人的作業員による点検及び望ましくない粒子除去を容易にするのに緩慢に移動させなければならないからである。

仕分けプロセスを最新式にする最近のアプローチは、プロセス流における粒子を自動的に点検しまた仕分けすることができる自動仕分けシステムを実装することが含まれるようになった。このようなシステムの例としては、ジグリオッティ（Gigliotti）氏ら（以下、「ジグリオッティ」と称する）による特許文献１（米国特許第６，０４３，４４５号）に記載されているものがあり、これはチタンスポンジ粒子を色ベースで仕分けする装置をめざすものである。一実施形態として、ジグリオッティは、移動表面上で搬送される産物のカラー画像を撮像する撮像装置を使用することを開示している。この画像を色信号に変換し、この色信号を色値に変形する中央処理ユニットに伝送する。つぎに、この色値を容認可能な閾値レベルを定義する参照テーブルと比較する。色値が容認可能な範囲の外側にあると識別される場合、つぎにシステムは、この色値を望ましくない産物と識別し、プロセス流からそれらを除去するための信号を発生する。この拒絶された粒子は、移動する表面に沿う移動を画像取得に相関させることによって排除し、この場合、拒絶された粒子の位置を精密に識別し、それたの除去は物理的手段によって行う。

色に基づいてスクラップ金属粒子を仕分けすることができるアナログ式自動装置は、（Kumar）氏ら（以下、「クマール」と称する）による特許文献２（米国特許第５，６７６，２５６号）に記載されている。さらに、自動点検の他の手法としては、モール（Mohr）氏ら（以下、「モール」と称する）による特許文献３（米国特許第５，５１９，２２５号）に記載されているものがあり、この場合、プロセス流における粒子を検査するＸ線点検の使用について記載している。モールは、２重放射線源を使用して、中性子、及びＸ線若しくはガンマ線をプロセス流における粒子に対して交互に照射し、２重モダリティ式ガスイオン化検出器が粒子を透過した後の放射線を検出する。検出した放射線を処理し、モニタに表示し、異なる減衰を示す材料で形成された物体を区別できるようにする。特許文献１（ジグリオッティ特許）、特許文献２（クマール特許）及び特許文献３（モール特許）は、参照することによって全く記載どおりに本明細書に組み込まれるものとする。

米国特許第６，０４３，４４５号明細書 米国特許第５，６７６，２５６号明細書 米国特許第５，５１９，２２５号明細書

自動点検及び仕分けシステムの使用によって得られるコスト節減及び改善された仕分け能力にもかかわらず、主に、これらシステムの精度、信頼性及び適格性に関する不確定要素に起因して広範囲に採用することに対して相当な抵抗感があった。例えば、自動点検及び仕分けシステムの性能は、基準値から外れることがあり、これは、例えば、粒子に対する不均一な照射、撮像中に生ずる誤差、及び／又は試料搬送中の機械的問題等の問題による。

さらに、自動仕分けシステムの繰り返し行われる検証及び較正作業が一般的に必要であり、これら作業により仕分けプロセスが適正に機能するのが確実となる。これら作業プロセスは大きなダウンタイムとなり、なぜなら較正手順を、望ましくない粒子が不慮にシステムを通過して、製造される物品内に混ざり込むことがないよう、プロセス流を停止させて行わなければならないからである。したがって、改善された一貫性及び信頼性を有し、低減されたコストで運用でき、またプロセス流の中断を最小限にして正確に検証及び較正できる自動点検及び仕分けシステムを開発する継続した必要性がある。

上述の問題、必要性及び目的に鑑み、シード粒子を使用して自動点検及び仕分けシステムを適格認定するシステム及び方法を開示する。一実施形態において、自動点検及び仕分けシステムに使用するシード粒子を形成し、また適格認定する方法を提供する。特別な実施形態において、シード粒子は、まず所定の形状及びサイズ分布を有する複数個の粒子を生産することによって形成する。つぎに、共形表面層を粒子に形成してシード粒子を生産し、これによりシード粒子に少なくとも１つの特性を付与し、少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとする。複数個のシード粒子を、前記自動点検及び仕分けシステムの処理を受ける複数個の粒子を含むプロセス流に添加する。自動点検及び仕分けシステムは、プロセス流から所定の特性の値又は値の範囲を有するシード粒子を選択的に除去するようプログラミングする。自動点検及び仕分けシステムによってプロセス流から検出されまた除去されたシード粒子を保持し、また標準的な起動及び作業条件中に自動点検及び仕分けシステム自体を適格認定するのに使用する。

若干の実施形態において、約２ｍｍ、約３ｍｍ又は約４ｍｍの平均粒径を有する金属粒子を使用する。金属粒子に形成する共形表面層は、陽極酸化処理、電気めっき、化学的蒸着、物理的蒸着及び塗装からなるグループから選択した少なくとも１つの処理によって形成する。共形表面層の堆積は、少なくとも１つの特性を有するシード粒子にし、この少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとする。一実施形態において、共形表面層はシード粒子に色又は色の範囲を付与し、この色又は色の範囲は、望ましくない粒子の対応する色値又は色値の範囲と同一又はほぼ同一の色値又は色値の範囲を有するものとする。特別な実施形態において、共形表面層は、粒子から製造する製品の特性に悪影響を与えない材料を使用して形成する。若干の実施形態において、拒絶されないシード粒子を自動点検及び仕分けシステムに再導入する。

他の特別な実施形態において、粒子はＴｉスポンジを含み、前記望ましくない粒子は窒化Ｔｉスポンジを含み、またシード粒子はＴｉスポンジを含み、前記シード粒子の表面を、少なくとも１つの特性を有する材料の共形層でコーティングし、前記少なくとも１つの特性は、窒化Ｔｉスポンジの対応の特性の値又は特性の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとする。より特別な実施形態において、シード粒子は酸化チタンの共形表面層を表面に形成したＴｉスポンジを含む。酸化チタンの厚さは、シード粒子に対して窒化Ｔｉスポンジの対応の色の値又は色の範囲と同一又はほぼ同一の色の値又は色の範囲を付与するよう調整する。若干の実施形態において、コーティングしたシード粒子の色値又は色値の範囲は、金色、黄色、茶色、黒色、青色、赤色、紫色、又はこれら色の暗色及び／又は組み合わせの色とする。

他の実施形態において、粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けする自動システムを適格認定する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの特性を有するシード粒子を生産するシード粒子生産ステップであり、前記少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとした、該シード粒子生産ステップと 前記システムを較正する較正ステップであり、所定特性の特性値又は特性値の範囲に基づいて粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を識別又は区別できるようにする、該較正ステップとを有する。所定量のシード粒子を、複数個の粒子及び望ましくない粒子を含むプロセス流に導入し、プロセス流が移動表面に沿って搬送されるとき、プロセス流をモニタリングする。前記プロセス流における前記シード粒子及び望ましくない粒子を識別して、プロセス流から除去する。つぎに、除去したシード粒子の数が、プロセス流に導入した所定量のシード粒子に等しいか否かを決定し、また決定結果に基づいて前記プロセス流から除去する望ましくない粒子を最大化するようシステムを再較正する。

他の実施形態において、本発明は、シード粒子を使用して適格認定した金属粒子を点検及び仕分けする自動システムを使用して点検した金属粒子から生産した金属に関する。特別な実施形態において、金属は、Ｔｉシード粒子を使用して適格認定した自動点検及び仕分けシステムを使用して仕分けしたＴｉスポンジから生産したＴｉを含む。さらに他の実施形態において、本発明は、シード粒子を使用して適格認定した金属粒子を点検及び仕分けする自動システムを使用して点検した金属粒子から生産した金属から形成した製造製品に関する。

さらに他の実施形態において、粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けするシステムを開示する。特別な実施形態において、システムは、所定の形状及びサイズ分布を有する複数個の粒子であり、これら複数個の粒子に共形表面層を形成して少なくとも１つの特性を有するシード粒子を生産し、前記少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとした、該シード粒子と、点検及び仕分けすべき粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を含むプロセス流と、第１自動点検及び仕分け装置とを備える。

第１自動点検及び仕分け装置の実施形態は、所定送りレートでプロセス流を前記装置に導入するフィーダと、プロセス流を前記システムに搬送する移動表面と、移動表面に沿って搬送されるプロセス流を照明するランプと、プロセス流の画像を撮影するカメラと、カメラが撮影した画像を分析し、また前記画像を、粒子、シード粒子及び望ましくない粒子のパラメータの所定範囲と比較するデバイスと、及びシード粒子及び望ましくない粒子を前記プロセス流から除去するエアエジェクタとを有する。特別な実施形態において、除去された前記シード粒子及び望ましくない粒子をフィーダに返送する。

一実施形態において、粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けする粒子点検及び仕分けシステムは、さらに、第２自動点検及び仕分け装置を備える。この実施形態において、プロセス流から第１自動点検及び仕分け装置によって除去されたシード粒子及び望ましくない粒子を、第２自動点検及び仕分け装置によって点検及び仕分けする。他の実施形態において、第１自動点検及び仕分け装置の送りレートを第２自動点検及び仕分け装置の送りレートよりも高いものとする。

シード粒子の生産及びシード粒子を粒子点検及び仕分けシステムの適格認定に使用することは、このようなシステムが意図する使用に基づいて機能するのを迅速にかつ信頼性高く確実にする手段を提供する。自動点検及び仕分けシステムを適格認定するのにシード粒子を使用することは、より正確、効率的かつコスト効果の高い仕分けシステムを提供するという利点を有し、この仕分けシステムは、仕分けされた生産物が人的作業員によって点検されるよりも望ましくない粒子を少なくしか含まないという信頼性を向上する。

本明細書に組み込み、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の例示的な実施形態を示し、本発明の原理を説明するために供するものである。

典型的な自動点検及び仕分けシステムのコンポーネントを示す線図的説明図である。 シード粒子を生産及び適格認定するのに使用するステップのシーケンスを示すフローチャートである。 シード粒子を使用する自動点検及び仕分けシステムの適格認定する例示的な方法を示すフローチャートである。 複数個の自動点検及び仕分けシステムを使用して粒子を仕分けする例示的な方法のフローチャートである。 数個の自動点検及び仕分けシステムを使用して粒子を仕分けする例示的な他の方法のフローチャートである。 １０％重炭酸ナトリウムの水溶液で２０分間５２ボルトで陽極処理した例示的なＴｉスポンジ粒子を示す写真の図である。 １０％重炭酸ナトリウムの水溶液で２０分間２２ボルトで陽極処理した例示的なＴｉスポンジ粒子を示す写真の図である。 サイズ、色及び仕分け方法の関数としてのＴｉシード粒子の回収速度を比較するプロットを示すグラフである。

図面全体にわたり、同一参照符号及び文字を使用して、断りがない限り、図示した実施形態における同様の特徴部、要素、コンポーネント又は一部分を示す。本明細書に開示する本発明は、図面につき詳細に説明するが、この説明は図示の実施形態に関連してのみ行うものである。

シード（種粒子を使用する自動点検及び仕分けシステムを適格認定する例示的な方法を説明する。シード粒子自体を生産しまた適格認定する方法の実施形態も説明する。少なくとも１個の特性であって、その特性の値又は値の範囲が、既知の望ましくない（不所望）対応特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一である、該特性を有するシード粒子の生産は、自動点検及び仕分けシステムに掛かる実際のプロセス流における、にせの望ましくない（不所望）粒子として使用できる。シード粒子をにせの望ましくない粒子として使用することによって、システム自体は、システムの実際の運用中にランダムな時間間隔で所定量のシード粒子を導入することにより周期的に適格認定することができる。これら粒子をシステムが検出したか否かの分析を使用して、点検及び仕分けプロセスの検証及び微調整をする。

本明細書中、粒子の特性とは、以下に限定しないが、粒子におけるサイズ、密度、表面の肌理、色、又は成分を含む任意な材料特性であると理解されたい。さらに、各特性は所定の値に割り当てることができる。例えば、以下に限定しないが、サイズ又は形状に関する特性値には１つ又は複数の外部寸法の数値があり、密度に関する特性値は単位容積あたりの質量であり、色の特性値には特定色、ＨＥＸ値又はＲＧＢ値があり、表面の肌理の特性値には、滑らか目、粗目又はギザギザ目があり、成分の特性値は粒子の構成要素のタイプ及び量がある。若干の実施形態において、粒子の１つ又は複数の特性は、例えば、カメラ等の撮像装置、又は光を発生する分光法(ＯＥＳ：optical emission spectroscopy）若しくはＸ線蛍光法（ＸＲＦ：X-ray fluorescence）等の特殊技術により、測定することができる。本明細書内における「望ましくない粒子の特性」とは、容認可能な粒子の値から区別できる特性の特定値を意味するものと理解されたい。

シード粒子は、点検システムを不慮に通過し、最終産物内に混ざり込む場合に得られる生産物の特性に望ましくない作用を持たない材料を使用して生産することができる。シード粒子を生産するのに容認可能な材料を使用することによって、シード材料を実際の生産ラインに直接的に導入することができ、これにより、仕分けシステムの周期的な適格認定を、システム起動中又は実際の仕分け作業中に行うことができる。シード粒子を使用することは、金属粒子及び／又は鉱石を仕分けするプロセスに使用するとき、とくに有利であり、なぜなら組成における変動が、色、構成又は金属若しくは鉱石における何らかの他の特性の相違として容易に見分けが付く場合が多いからである。この相違点を識別することによって、人的作業員を使用して又は自動点検及び仕分けシステムのいずれかによって、望ましくない粒子をプロセス流から除去することができる。

望ましくない粒子の特性は既知であるため、粒子の性能に望ましくない影響を与えない特性を、既知の容認可能な粒子に慎重に付与することができ、この後この容認可能な粒子はシステムの点検及び仕分け能力を試験するのに使用するシード（種）として供することができる。例えば、その望ましくない粒子の色が、望ましい組成を有する粒子とは異なる場合、ある望ましくない粒子の色となるよう薄い共形層を１つ又は複数の粒子に形成する。本明細書中、共形層とは粒子の露出表面全体に塗布又は形成し、粒子のほぼ外面全体をカバーする表面層として定義する。特別な実施形態において、未コーティング領域が見えないくらい粒子の全表面をカバーするが、完全カバー表面は必須基準ではない。代替的実施形態において、粒子の露出表面積の一部をカバーし、望ましくない粒子と同一又はほぼ同一であって自動点検及び仕分けシステムが検出できる色を有する粒子にする表面コーティングを設けることができる。一実施形態において、粒子表面の表面コーティング部分が露出表面積の約８０％〜１００％の範囲となるようにする。

シード粒子の色は、自動点検及び仕分けシステムによって識別されるシード粒子の色影又は色値が、望ましくない粒子の色影又は色値と同一又はほぼ同一であるとき、望ましくない粒子の色と同一になるよう決定する。すなわち、自動点検及び仕分けシステムによって撮像された後、シード粒子及び望ましくない粒子が同一の色を有すると決定されるよう、それらは同一又はほぼ同一の色影又は色値となるように見える。しかし、表面層は粒子に着色することに限定されず、望ましくない粒子に特徴的である任意な特性をシード粒子に付与することができる。例えば、一実施形態において、粒子は、ＸＲＦの場合と同様にＸ線照射中に二次的Ｘ線の密度又は発生に基づいて区別することができる。他の実施形態において、粒子をＯＥＳによって区別することができ、またさらに他の特別な実施形態においては、例えば、金属及び設計材料リサイクルに関する鉱物、金属及び材料学会の第３回国際シンポジウム（Third International Symposium on Recycling of Metal and Engineered Material, The Minerals, Metal & Material Society）における、Ａ．ローゼンフェルド（A. Rosenfeld）氏らによる、第７５１〜７６３頁の論文（１９９５年）、「レーザー誘導光発生分光法によるアルミニウム合金スクラップの仕分け（Sorting of Alminum Alloy Scrap by Laser Induced Optical Emission Spectroscopy）」に記載されたように、レーザー誘導ＯＥＳによって区別することができ、この論文は参照により全体を記載どおりに本明細書に組み込まれるものとする。

表面層は、金属粒子から製造したいかなる生産物にも望ましくない作用を与えない材料で形成するのが好ましい。望ましくない作用は、材料を意図的に又は不慮に含有させることによって、結果的に生ずる生産物の特性を望ましくない状態に変化させるときに生ずる。例えば、セラミック、ポリマー、金属、合金又は製造した生産物の、極限引張強度、引張降伏強度、伸長、又は疲労抵抗等の機械的特性は、材料含有に起因して意図しない低下を生じ、望ましくない作用を特性に及ぼすことがある。このような望ましくない作用は上述した特性に限らず、材料含有の結果として微細構造、組成、又は他の材料特性を意図しない状態で変化をもたらすこともある。本明細書中、Ｔｉ合金における窒素含有は、０．１重量％（wt.%）より多い量が存在する場合、結果として生ずる特性に望ましくない作用を及ぼすと考えられる。

シード粒子を生産及び使用することは、任意なタイプの材料、例えばセラミック、ポリマー、金属又は鉱物を仕分けするのに有益であるが、とくに、Ｔｉスポンジ粒子を仕分けするのにより適している。本明細書はＴｉに限定することを意図するものではなく、本明細書で開示及び説明する実施形態では、Ｔｉスポンジ仕分けプロセスを行う自動システムに有利であるために、Ｔｉスポンジ粒子を仕分けするシステムにつき説明するものである。

製造作業中、何らかのＴｉスポンジ粒子の表面は酸化又は窒化し、このことが起こるとき、一般的にこのＴｉスポンジは、「焼成（した）」Ｔｉスポンジと称される。焼成Ｔｉスポンジがプロセス流内に存在することは望ましくなく、なぜなら、それが溶融段階後も残存する場合、その後の金属、合金又は製造された生産物内にそれが含有されていることは、硬質アルファ材料又は低密度含有の形成につながる。これらが含有されている状態が種々の品質チェックで検出されない場合、望ましくない作用を仕上がった生産物の材料特性に及ぼす。通常のＴｉスポンジは銀色又は暗灰色をしているが、窒素を含むとＴｉスポンジ粒子を、はっきりとした金色、黄色、茶色、青色、赤色又は紫色にする。

バッチが焼成Ｔｉスポンジを含んでいることが判明したとき、サンプルは、一般的に検査して、窒素が存在するか否かを決定する。窒素含有が約０．１重量％よりも高いことが判明した場合、そのバッチは若干の特定用途には使用できない。好適には、窒化Ｔｉスポンジ粒子は再溶融前にプロセス流から除去すべきであり、なぜなら窒化ＴｉがＴｉ合金の特性に望ましくない作用を及ぼすからである。

焼成Ｔｉスポンジの識別及び除去は、手作業又は自動プロセスによって行うことができる。手作業は時間とコストがより多くかかるが、最もよく知られており、産業界で一般的に受け入れられている。人的点検者は何らかの適格認定プロセスを受けることができ、これには以下に限定しないが、点検者の色知覚力、プロセス流における焼成Ｔｉ及び／又は異物認識力を検査することが含まれる。自動点検及び仕分けプロセスを使用するのは、速度、より安価な作業コスト、及び融通性の点で有利である。しかし、容認できる検出レベルでの連続的作業を確認し、また異なるシステムが同一に機能するかを検証するのは困難である。産業界で採用を促進するためには、自動点検及び仕分けシステムが迅速に動作しまた安価であることを示す必要がある。

本明細書において、粒子を点検及び仕分けする自動システムの基本コンポーネントについて説明する。少なくとも１つの特性であって、その特性の値又は値の範囲が、望ましくない粒子の対応する特性における値又は値の範囲と、同一又はほぼ同一となる、該少なくとも１つの特性を有するシード粒子を生産及び適格認定する方法は、シード粒子を使用して自動点検及び仕分けシステムの適格認定を行うプロセスとともに説明する。自動点検及び仕分けシステムを適格認定するため、実際のＴｉシード粒子の形成、適格認定及び使用を説明する例示的実施形態を開示する。

I. 自動点検及び仕分けシステム
金属粒子を仕分けし得るよう構成した色ベースの点検及び仕分けシステムは、従来技術で多数知られている。例としては機械視覚システムがあり、このシステムは、食品業界での広範囲の製品を点検及び仕分けするのに慣習的に使用されてきた。機械視覚システムの使用を記載している若干の例としては、非特許文献１（Ｐ.Ｈ.ハイネマン（P.H. Heinemann）氏による農業応用工学学会誌第１１巻第６号、第９０１〜９０６頁（１９９５年）の論文、「りんご『ゴールデン・デリシャス』の機械視覚点検」）、並びに非特許文献２（Ｙ.田尾氏らによるＡＳＡＥトランザクション第３８巻第５号第１５５５〜１５６１頁（１９９５年）の論文「ポテト及びりんごの色点検用機械視覚」）及び非特許文献３（トム・ピアソン氏によるＳＰＩＥ第２３４５巻第９５〜１０３頁（１９９５年）の論文「染みが付いたピスタチオ・ナッツの自動検出用機械視覚システム」）がある。上述の非特許文献それぞれは、参照することにより記載されたとおりのものが本明細書に組み込まれるものとする。色に基づいてＴｉスポンジ粒子を点検及び仕分けする典型的なシステムとしては、特許文献１（ジグリオッティ）によってすでに開示されており、色でスクラップ金属を点検及び仕分けするシステムは、特許文献２（クマール）に記載されている。

機械視覚システムのような自動点検及び仕分けシステムは、個別粒子の色に基づいてプロセス流を点検及び仕分けするよう構成することができる。点検及び仕分けプロセスは、大部分のものとは異なる粒子を識別する色結像システムを使用して実施する。専用ソフトウェアを使用してシステムに対して粒子の容認可能色範囲を教示する。所定範囲外の色を有していると識別されるいかなる粒子も、断定的に拒絶される。本明細書中、用語「色」及び「色値」は互換的に使用され、また等価の意味を有するものと理解されたい。粒子自体は、例えば、エアジェット、一方の端部に吸引カップを有する機械的アーム、又は手動で拒絶粒子を除去する何らかのタイプのマニピュレータを使用して仕分けすることができる。

従来技術で既知の典型的な点検及び仕分けシステム１００の主要コンポーネントを描いた側面図を図１に示す。重量検出方式連続定量供給フィーダ（ロス・イン・ウェイト・フィーダ）１により、コンベアベルトのような移動表面３の幅全体にわたりフィーダ排出シュート２から粒子を導入する。フィーダ排出シュート２は露出表面積にわたり均一に粒子を分布させるよう供給を促進する。一実施形態において、フィーダ排出シュート２は、露出表面積の約２５％を粒子が覆う量のカバー率となるようにする。移動表面３自体は、一般的に、例えば毎分１４６．３ｍ（４８０ｆｔ／分）の速度で粒子を搬送する。しかし、搬送速度は仕分けプロセスを最適化するよう、必要に応じて調整することができる。

上側高強度ランプ４は移動表面３に沿って搬送される粒子を照明するとともに、上側ライン走査カメラ５は定点を通過するプロセス流の画像を撮影する。上側ライン走査カメラ５は、従来よく知られている任意の適当なカメラとすることができるが、特別な実施形態では１０２４ピクセルの画素を有して高頻度走査を行うことができるものとする。下側ライン走査カメラ７及び下側高強度ランプ８も粒子の下側を照明し、また下側の画像を撮影する。上側ライン走査カメラ５は移動表面３を見下ろし、背景をなす移動表面３とともに画像を撮影し、一方下側ライン走査カメラ７はプロセス流を見上げて、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）を背景とする画像を撮影する。

容認可能範囲の外側にあたる色を有すると識別された望ましくない粒子は、エアエジェクタ６によって除外され、このエアエジェクタ６は、一実施形態においては、移動表面３の幅全体にわたり分散させた複数個のノズルにより構成する。一実施形態において、ノズルは６．３５ｍｍ（１／４インチ）互いに離して配置する。望ましくない粒子の位置を識別したとき、その位置は移動表面３の搬送速度を上側ライン走査カメラ５及びエアエジェクタ６の位置に相関付けすることにより確認する。粒子が移動表面３の端部に達するとき、通常は前方への慣性モーメントにより切断ブレード９の頂面に転移させる。しかし、望ましくない粒子が識別されて移動表面３の端部に達したとき、複数個のエアエジェクタ６における、１個又は複数個のノズルがその位置で望ましくない粒子の位置を捕捉するとき動作する。目標とされたエジェクタ６のノズルから強力な空気パフが発生し、望ましくない粒子を下方に指向させ、これにより切断ブレード９の下方に落下し、プロセス流から分離することができる。

本明細書に開示しまた図１に示す点検及び仕分けシステム１００は、従来既知であり、粒子を仕分けするのに使用される複数のこのようなシステムのうち、単なる典型的なものである。さらに、図１に示す自動仕分けシステムは、縮尺どおりに描いていない。本明細書で開示するのと類似の例示的な点検及び仕分けシステムの説明は、キー・テクノロジー社（Key Technology, Inc.）によって2010年6月に発行された、「電子仕分け技術がどのように食品安全性を支援するかについての理解（Understanding How Electronic Sorting Technology Helps Maximize Food Safety）」と題する記事にみられ、この記事を参照することによって、記載どおりに本明細書に組み込まれるものとする。本明細書に記載の点検及び仕分けシステムにおける１つの特徴は、色又は色値に基づいて物体間における区別をし、ついで、色又は色値が容認可能な範囲から逸脱している物体をプロセス流から取り除く能力である。粒子は色又は色値に基づいて区別されるが、このような仕分けシステムは、仕分けシステムによって容易に測定及び分析できる任意な他の区別材料特性、例えば密度、光を発生する分光法又はＸ線蛍光法に基づいて粒子を仕分けするよう構成することができる。

仕分けシステム１００の動作は、仕分けシステム１００の感度を規定する１組の標準セットを使用して、検査及び適格認定する。仕分けシステム１００の能力
は実際の望ましくない粒子を使用して示すことができるが、シード粒子を見せかけの望ましくない粒子として生産することにより、規定どおりのセットアップ中及び標準的動作条件の下で、シード粒子を使用できる。シード粒子の形成は、以下のセクションで説明する。

II. シード粒子の生産
シード粒子を使用することの１つの利点は、シード粒子が望ましくない粒子の特性に擬態するものの、プロセス流からの粒子を使用して形成される生産物はシード粒子を組み込むことによって望ましくない影響を受けない点である。色に基づいて粒子を区別する仕分けシステムに使用するとき、区別する特性は粒子の色である。

シード粒子の他の特徴は、シード粒子が移動表面３に沿って搬送されてる間に静止状態を保つ形状をしている点である。上側ライン走査カメラ５によてまず撮影される時点とエアエジェクタ６に達する時点との間に移動表面３上で転動するのを防止するような十分な支持ポイント及び／又は側面を有している限り、任意な形状を使用することができる。粒子は静止状態を保ち、上側ライン走査カメラ５によって走査され、またシステムによって識別される望ましくない粒子が同一粒子であり、エアエジェクタ６に達した後にプロセス流からほとんど除去される該同一粒子であることを確実にする。

所望の形状、サイズ、及び表面特徴を有する粒子はプロセス流から得ることができ、したがって、シード粒子にすることができる。シード粒子の平均サイズは、粒子を粉砕及び／又は破砕し、次いで適正に寸法決めしたシーブ（篩）又はメッシュを通過させることによって制御することができる。シード粒子を生産するのに使用する粒子の平均サイズは、何ら特定値又は値の範囲に限定しないが、特別な実施形態においては、金属粒子に関して平均粒径を、約２ｍｍ、約３ｍｍ又は約４ｍｍとする。これら粒子のサイズは、Ｔｉスポンジのシード粒子生産に使用するのにとくに適している。

Ａ．共形表面層の形成
種々の方法を使用して選択した粒子を加工し、また適正な色を有するシード粒子を生産する。一実施形態において、色は、染料塗布又は所望の色を有する塗料のコーティングによって粒子に付与する。所望の色は普通のスプレー、ブラシ、浸漬又は従来周知の任意な他の塗布技術によって得ることができる。この技術の欠点は、塗料自体が第３者によって製造されるものであり、第３者からの入手が継続的に可能であるかが問題になり得る。さらに、塗料の個別バッチ間における色の均一性に関して問題があり得る。さらに他の問題としては、塗料コーティングが繰り返しの取扱いで剥離又は磨滅し易くなる点である。

他の実施形態において、所望の色を有する極薄の共形薄膜（フィルム）を薄膜堆積プロセスによって形成することができ、この薄膜堆積プロセスとしては、以下に限定しないが、陽極酸化処理、電気めっき、化学蒸着（ＣＶＤ）及び物理蒸着（ＰＶＤ）がある。ＣＶＤによる薄膜成長は、プラズマ助長ＣＶＤのような薄膜成長を刺激するプロセスを使用して促進することができる。ＰＶＤによる成長は、以下に限定しないが、熱蒸発、ｅビーム蒸発及びスパッタリングを含む堆積技術を使用して得ることができる。上述の薄膜成長技術を使用する共形表面コーティング堆積（析出）は、より耐久性があり長持ちするコーティングを生じ、繰り返しの取扱い及び使用にも磨滅しにくい。これら堆積技術は従来周知であり、詳細説明は省略する。

共形薄膜として堆積させた材料は被覆した粒子表面に色を付与し、この色の値又は値の範囲は、既知の望ましくない粒子の対応する値又は値の範囲と同一又はほぼ同一とする。色は、堆積又は塗布のパラメータ、例えば組成、厚さ、及び／又は温度を変化させることによって制御することができる。特別な実施形態では、表面層を形成するのに使用する材料は、プロセス流から得られる粒子を使用して製造される最終生産物の特性に望ましくない影響を与えないものとする。すなわち、シード粒子に生ずる表面層は、仕分けシステムを不慮にバイパスし、プロセス流内に混入したとしても、その存在が結果として生ずる生産物の特性に望ましくない状態となるよう影響しないものである。

若干の実施形態においては、シード粒子を紫外線（ＵＶ）塗料でコーティングしてシード粒子に「タグ付け」し、通常の望ましくない粒子から区別できるようにする。種々の色、例えば黄、緑、青又は赤色のＵＶ塗料の塗布を使用して、異なるタイプのシード粒子を区別できるようにする。ＵＶ塗料は可視光の下では透明であるが、ＵＶ光源に晒されると見えるようになる。ＵＶ塗装されたシード粒子がブラックライトのようなＵＶ光源に晒されると、プロセス流内に含まれる通常の望ましくない粒子から容易に識別及び区別することができる。

Ｔｉスポンジを含む用途に関して、Ｔｉスポンジ粒子の表面における酸化層の形成は、窒化Ｔｉスポンジの対応する値又は値の範囲と同一又はほぼ同一である色の値又は値の範囲を有するシード粒子を形成するのに効果的であることを発見した。酸素はＴｉ及びＴｉ合金に一般的に見られる元素であるため、酸化したＴｉスポンジのシード粒子をプロセス流に混入させることは、その後に生ずるＴｉ金属、合金又はプロセス流からの粒子を使用して形成した最終生産物の特性に望ましくない影響を及ぼさない。さらに、酸化したＴｉスポンジ粒子の色は、酸化層の厚さを変化させることによって制御することができる。酸化層の厚さが変化すると、入射光と反射光との干渉によって色が変化する。

酸化Ｔｉ層は、限定しないが陽極酸化処理、電気めっき、ＣＶＤ及びＰＶＤによる薄膜成長技術を含む上述したプロセスのうち任意なものを使用して、複数個のＴｉスポンジ粒子の表面に共形薄膜として堆積させることができる。これら技術のうち陽極酸化処理は比較的低コストのプロセスであり、Ｔｉスポンジ粒子に容易に使用できる。陽極酸化処理は容易に再現することもでき、検査を目的とする色範囲を生ずることができる。Ｔｉの酸化は、例えば、表面技術（Surface Technology）第１６巻第１５３〜１６２頁（１９８２年）における、Ｊ.Ｌ．デルプランケ（J.-L. Delplancke）氏らによる記事、「チタンの自己色陽極酸化処理（Self-Colour Anodizing of Titanium）」ですでに詳細に記載されており、この記事は参照することによって、記述どおりに全体として本明細書に組み込まれるものとする。

一実施形態において、Ｔｉスポンジ粒子の陽極酸化処理は、複数個の粒子を所定温度の電解液内に浸漬させることによって行うことができる。使用し得る典型的な電解液としては、重炭酸ナトリウム又は硫酸がある。Ｔｉ断片はチタン製のプレート又はパン上に着座させることができ、金属陰極を電解液内に浸漬させ、直流電流を電極間に加える。酸化層の厚さ、及びひいてはＴｉスポンジ粒子の色は、限定しないが印加電圧、電解液のタイプ、濃度及び温度、並びに陽極酸化処理時間を含むパラメータを変化させることによって制御することができる。Ｔｉ粒子を陽極酸化処理するための、よく規定したパラメータのセットを確立して、標準セットを生ずるよう使用する。特別な実施形態において、Ｔｉスポンジは室温で、１０％重炭酸ナトリウム及び水よりなる水溶液内で陽極酸化処理する。この陽極酸化処理は、例えば、５２又は２２ボルト（Ｖ）の電圧を１０〜２０分間継続して印加することにより行い、最終的にＴｉスポンジの色が焼成Ｔｉスポンジの標本と同一になるようにする。

他の実施形態において、Ｔｉのシート又はフォイルを酸化し、窒化Ｔｉスポンジの対応する値又は値の範囲と同一又はほぼ同一値又は値の範囲である色にする。酸化したシート又はフォイルは、適当なサブストレートの側面に固定し、コーティングしたシード粒子を生ずる。サブストレートは、例えば、点検しているＴｉスポンジ粒子に類似のサイズを有する、プラスチック製の立方体又は三角錐形状とすることができる。最も有用な形状は、移動表面上での搬送中に静止状態を保つものとする。このようにして生産したシード粒子は、しかし、自動仕分けシステムのセッティングを周期的に検査するのに使用する色標準を生ずるのにも有用である。

さらに他の実施形態において、立方体又は三角錐のような予切削したＴｉサンプルを構成するシードは、このシードに形成する共形表面層を有する。表面層は、上述したプロセスのうち任意なもの（すなわち、陽極酸化処理、電気めっき、ＣＶＤ及びＰＶＤ）を使用し、予切削サンプルに対して、望ましくない粒子の対応する値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲である色を付与する。このタイプのシード粒子を使用して、自動仕分けシステムのセッティングを検査することができる。シード粒子の生産について、この章では、Ｔｉシート、フォイル又は予切削サンプルを使用した例を説明したが、単なる例示であり、複数の他の金属又はサブストレートのうちを任意なものを使用することができる。

Ｂ．シード粒子の適格認定
所望の形状、サイズ及び色を有する複数個のシード粒子を生産した後、つぎのステップとしては、自動点検及び仕分けシステム１００による点検を受けるシード粒子自体を適格認定する。この適格認定プロセスは、このように形成したシード粒子の色及び他の特性が、望ましくない粒子のそれに正確に似ている十分な品質であることを確実にするのに必要である。さらに、シード粒子は、標準条件の下で動作する自動点検及び仕分けシステムによって容易に検出できるのもでなければならない。

シード粒子を生産し、シード粒子に所望の色を付与し、またシード粒子を適格認定する全体プロセスを示す例示的なフローチャートを図２に示す。粒子生産及び共形表面層の形成は、ステップＳ１０〜Ｓ１２に集約される。まず、ステップＳ１０では、所望の形状、サイズ範囲及び組成を有する複数個の粒子を生産する。ステップＳ１１では、粒子を適正サイズのメッシュによりふるい掛けし、所望サイズ分布にある粒子を選別する。つぎに、表面層をステップＳ１２で粒子に形成し、コーティング（被覆）したシード粒子を生ずる。ステップＳ１２において個別バッチを同時に処理し、異なる色を有するシード粒子を生産する。ステップＳ１３でコーティングしたシード粒子を自動仕分けシステムに送り、この自動仕分けシステムにおいてステップＳ１４でシード粒子を仕分けする。仕分けプロセスは、一般的に、一度に１つの色を有するシード粒子を送ることによって行う。

自動点検及び仕分けシステム自体は図１につきすでに説明したが、所定範囲内にある色を有する粒子は容認し、容認可能範囲外の色である場合に粒子を拒絶するよう予めプログラムする。一実施形態において、容認可能であると見なされる個々の色及び色の範囲は、実際の望ましくない粒子から得られる色値を使用して設定する。これら色値を自動仕分けシステムに取り込み、どの粒子をシード粒子として使用する上での適格性を決定する。色が容認可能な範囲から外れる色を有する粒子は拒絶し、また保持し、ステップＳ１５でシード粒子として使用する。粒子が拒絶されず、したがって、仕分けシステムを通過する場合、随意的にステップＳ１６で点検されるよう自動仕分けシステムに送られる、又はステップＳ１７で廃棄される。自動仕分けシステムの最初の通過後に何らかの欠陥が表面層に見つかった場合、若干の実施形態では、シード粒子を修復し、その後の検査用に自動仕分けシステムに再導入する。仕分けシステムのソータに送られて２度の通過後に拒絶されない粒子は、一般的に廃棄する。初回にソータによって拒絶されるシード粒子は仕分けシステムに再送りし、適正に拒絶されて信頼性を付加的に高めるようにすることも考えられる。

III. 粒子を点検及び仕分けするシステムの適格認定
所望のサイズ、形状及び色の範囲を有する適当な個数のシード粒子の適格認定を行った後、シード粒子自体を使用して自動点検及び仕分けシステムの適格認定を行う。シード粒子を使用する自動点検及び仕分けシステムを適格認定する方法におけるステップシーケンスを示す例示的なフローチャートを図３に示す。図３に示す。図３に示すフローチャートは単なる例示であり、本発明の精神及び範囲を実施する例である。本発明の概念を逸脱することなく任意な多くの変更例を実施することができる。

所望の色及び色分布を有する複数個のシード粒子を、II章で上述した手順を使用してステップＳ２０で生産する。つぎに、このシード粒子を自動仕分けシステムに導入し、個別のシード粒子の画像をステップＳ２１で初期的に撮影する。この後、自動仕分けシステムをステップＳ２２で較正し、各シード粒子に関連する色又は色の範囲を認識し、特定の色又は色の範囲を有する粒子を識別及び拒絶できるようにする。一般的に、各シード色に対して較正ステップＳ２２を行うことが必要である。適正な特性を有するシード粒子を使用して、自動仕分けシステムがこれら適正な特性を有するシード粒子（シード粒子及び望ましくない粒子の双方）を認識し、ついで拒絶するのを確実にする。

自動点検及び仕分けシステムを較正した後、ステップＳ２３でシード粒子を実際のプロセス流に導入し、このプロセス流を自動点検及び仕分けシステムに移送する。シード粒子自体は、一般的にはランダムな間隔で導入し、またプロセス流内に含まれる粒子にわたり均等に分配されるようにする。粒子は一般的にコンベアベルトのような移動表面に沿って搬送され、またカメラのような１個又は複数の撮像装置を使用して監視する。ステップＳ２２で行う較正ステップにより自動仕分けシステムは、プロセス流内における容認可能な粒子と望ましくない粒子とを区別することができる。粒子は、一般的に、監視プロセスにより識別する色に基づいて区別する。移動表面に沿って搬送される粒子の画像を撮影し、画像を色信号に変換し、ついでこの色信号を容認可能な値と比較するシステムは既知であり、特許文献１（ジグリオッティ特許）に記載のような他の文献に詳細に記載されている。粒子の色が容認可能な利用者規定範囲外にある場合、粒子は望ましくない粒子として識別され、ステップＳ２５でプロセス流から除去される。

シード粒子のすべてを自動仕分けシステムに送った後、ステップＳ２６で、除去されたシード粒子の総数がプロセス流に導入したシード粒子の個数に等しいか否かを決定する。もしそれがイエスである場合、このことは自動仕分けシステムが意図した目的に従って機能しており、ステップＳ２７で較正プロセスを完了させるよう決定する。ステップＳ２６で、全シード粒子よりも少ないシード粒子しかプロセス流から除去しなかった場合、ステップＳ２８で較正プロセスは完了していないと決定する。この場合、プロセスはステップＳ２２に復帰し、自動仕分けシステムを再較正し、ステップＳ２３〜Ｓ２６を繰り返す。若干の実施形態において、ステップＳ２６で除去されなかったシード粒子は廃棄するが、なぜならこのようなシード粒子はこのプロセスでの使用に適さないからである。

起動中又は標準的な動作条件の下で実際のプロセス流を仕分けするとき、シード粒子は通常の望ましくない粒子から区別する必要がある。一実施形態では、シード粒子及び望ましくない粒子は、例えば、Ｉ章で上述したようにＵＶ塗料をシード粒子に塗布することにより区別することができる。ＵＶライトの下で拒絶すべき粒子を点検するとき、シード粒子は容易に視認でき、また選択的に除去及びカウントすることができる。

若干の実施形態において、仕分け精度を犠牲にするのは許容し、粒子を高速で処理できるようにする。この場合、必要なのは仕分け精度が所要閾値（すなわち、回収率）よりも確実に高くなるようにすることのみである。例えば、自動仕分けシステムがプロセス流に導入したシード粒子の少なくとも８０％回収することが必要である場合、図３に示す適格認定プロセスは、回収される粒子分が確実に８０％以上となるように実施することのみ必要となる。適格認定プロセス自体（所定回収率の確立を含む）は、自動仕分けシステムに導入されるシード粒子の各色について行うのが一般的である。何が容認可能な回収率を構成するかは、一般的に、装置性能及び検査に使用するシード粒子の総数に基づいて変動する。

当業者には容易に理解できるであろうが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、図３に示すフローチャートに多くの変更を加えることができる。例えば、拒絶された粒子をプロセス流に再導入し、それらを仕分けシステムによって２回目又は３回目であっても検視されるようにする。拒絶した粒子をプロセス流内への再導入は、システムによって誤って拒絶される粒子の数を減らすのに役立つ。他の実施形態において、シード粒子は人的点検者によって仕分けされるプロセス流内に添加し、人的点検者の作業効率を検査する。

他の実施形態において、１つより多くの仕分け装置を使用し、一方を他方より下流域に配置し、またそれぞれ仕分け粒子を同一又は異なる基準を有するものとする。第１ソータで拒絶された粒子を第２ソータに送り、異なる基準セットを使用して再検査する。第１及び第２のソータ間で異ならせるプロセスパラメータとしては送りレート、搬送速度、容認可能な色及び撮像条件がある。送りレートは、時間あたりの単位質量（ポンド又はキログラム）でソータに送られる材料の量を制御するフィーダによって制御するのが一般的である。搬送速度は、コンベアベルトのような移動表面の速度（例えば、ベルト速度）を変化させることによって制御する。上述したように、搬送速度は、例えば、１４６．３ｍ〜 １８２．９ｍ（４８０ｆｔ／分〜６００ｆｔ／分）の値にすることができる。使用する搬送速度は、システムソフトウェアを使用して制御するのが一般的である。

第１及び第２のソータを有するシステムの例を図４のフローチャートで示す。この実施形態において、フィーダ♯１が先ず金属粒子をソータ♯１に送りレート♯１で供給する。ソータ♯１は、次いで、粒子を搬送速度♯１で処理する。ソータ♯１を通過し、したがって、ソータ♯１によって容認された粒子を、製造プロセスにおける次ステップの処理を受ける貯蔵ビンに送る。ソータ♯１で拒絶された粒子をフィーダ♯２に送り、このフィーダ♯２はこれら拒絶された粒子を、特別な実施形態では送りレート♯１よりも少ない送りレート♯２でソータ♯２に送る。ソータ♯２は、つぎに、粒子を搬送速度♯２で処理する。ソータ♯２を通過し、したがって、ソータ♯２によって容認された粒子を、フィーダ♯１に返送し、これら粒子をソータ♯１に再導入する。ソータ♯２で拒絶された粒子は四角的点検を受け、拒絶されるか又は容認されるかして貯蔵ビンに送られる。

図４に示すプロセスフローを使用することによって、プロセス流は、初期的に比較的高い送りレートでソータ♯１によって仕分けされ、このことにより一般的により多くの拒絶粒子を生ずる。この後、拒絶された粒子はソータ♯２を使用してよりゆっくりとした送りレートで再仕分けすることができ、この場合、容認された粒子をフィーダ♯１に返送するとともに、ソータ♯２で拒絶された金属粒子を視覚的に点検し、場合によっては化学的分析を受けるようにする。視覚的点検を通過した粒子は貯蔵ビンに送るとともに、視覚的及び／又は化学的な点検で否認された粒子は廃棄するか、又は更なる分析を受けるようにするかが一般的である。

１つより多い仕分け装置を利用するプロセスフローの実施形態を図５に示す。この実施形態において、粒子は先ずフィーダ♯１からソータ♯１に送りレート♯１で送られ、つぎに粒子はソータ♯１によって搬送速度♯１で処理される。ソータ♯１を通過し、したがって、ソータ♯１によって容認された粒子は貯蔵ビンに送られる。ソータ♯１で拒絶された粒子はフィーダ♯２に送られ、送りレート♯２でソータ♯２に送られる。この後、粒子はソータ♯２によって搬送速度♯２で処理される。使用する送りレートは任意の適当な値とし、特別な実施形態では送りレート♯２は送りレート♯１よりも少ないものとする。この実施形態では、フィーダ♯１に返送するよりも、ソータ♯２を通過し、したがって、ソータ♯２によって容認された粒子は貯蔵ビンに送られる。ソータ♯２で拒絶された粒子も視覚的及び／又は化学的な分析を受け、拒絶されるか又は容認されるかして、貯蔵ビンに送られる。第１ソータからの拒絶物をより緩慢な送りレートで点検する第２ソータを使用することは、全体の仕分け精度及び速度双方を向上させる。

IV. 例示的実施形態
実際のシード粒子を生産し、また点検及び仕分けシステムを検査する例示的な実施形態を提示する。この章で提示する実施例は、Ｔｉシード粒子を生産し、これらＴｉシード粒子を使用してＴｉスポンジを点検及び仕分けすることを含むが、この方法は、任意のタイプの粒子、例えば、セラミック、ポリマー、宝石用原石、金属又は鉱物粒子にも適用できることを理解されたい。

実施例♯１
８メッシュサイズにふるい掛けされたＴｉスポンジ断片を、１０％重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）及び水よりなる水溶液により室温で陽極酸化処理し、目的とする厚さの酸化層を形成した。このＴｉスポンジ粒子は、水溶液内に入れたチタンプレート上に着座することができた。金属陰極を電解液内に浸漬させ、直流電流を電極間に印加した。Ｔｉスポンジ断片の第１バッチを、５２ボルト（Ｖ）の印加電圧で２０分間にわたり陽極酸化処理するとともに、第２バッチを２２Ｖで２０分間にわたり陽極酸化処理した。暗い黒／青色の表面層が５２Ｖで陽極酸化処理したＴｉスポンジ断片の表面に生じ、これは例えば、図６Ａに示す。図６Ａの右側の定規はセンチメートル単位であり、基準枠組みをなす。暗い黒／青色を有するＴｉ断片は、Ｔｉスポンジ粒子の製造中に起こり得る最もシビアな酸化又は窒化状態であることを示す。２２Ｖで陽極酸化処理したＴｉ断片を図６Ｂに示す。これらシード粒子はより明るい色をしており、これは標準処理条件の下で見られるより典型的な窒化物粒子である。

実施例♯２
図１に示した仕分けシステムと同様に動作するオプティクス型番（Optyx Model）３７５５の仕分けマシンを、小さいプラットホーム上に取付け、重量検出方式連続定量供給フィーダを使用してＴｉスポンジを仕分けマシンに送った。 ４０８．２〜９５２．５ｋｇ／時間（９００〜２１００ポンド〔ｌｂｓ〕／時間〔ｈ〕）の範囲における送りレートを使用した。システムは、コンベアベルトがＴｉ粒子を約 １４６．３ｍ／分（４８０フィート／分）で搬送するよう構成した。上側及び下側双方のカメラを使用して、コンベアベルト上で搬送されるプロセス流を撮影した。上側カメラは、Ｔｉスポンジ粒子を移送するのに使用したベルトに対面させるとともに、下側カメラは、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）列に対面させた。オプティクスのシステムは、キー・テクノロジー社のソフトウェアパッケージである「キーウェア２．０１．」を使用して動作させた。

２個の５メッシュドラムに沿うスクラップ等級のＴｉスポンジによる５メッシュ（４ｍｍ）のＴｉスポンジで構成されるロットを使用して初期調整実験を行った。仕分けプロセスは、望ましくない粒子タイプをコンピュータ化視覚システムに装填することによって開始した。望ましくない粒子タイプは、予め形成してあり、自動点検及び仕分けシステムによって予め識別してある既知の望ましくない粒子に基づいて継続的にアップデートされるライブラリからの望ましくない粒子サンプルを供給することによって装填した。黒ゴム、木、紙、発色のよくないスポンジ、焼成スポンジ、プラスチック及び様々な他の望ましくない粒子のサンプルをシステムに装填した。うまく装填することができた最も小さい望ましくない粒子は３画素（ピクセル）に対応した。仕分けマシンに使用したライン走査カメラは１０２４ピクセルの走査長さを有し、１秒間に約４０００回の速度で走査した。各ピクセルは、一側辺で測って約０．５ｍｍ（０．０２インチ）であった。或るタイプの望ましくない粒子をデータベースにロードした後、識別ネームを付与した。異なる望ましくない粒子クラス又はタイプは、仕分けマシンにおいて必要に応じてアクティブ化又は非アクティブ化することができる。

暗い黄色〜金色にわたる色のシード粒子を生産するため陽極酸化処理した、また２２％の窒素を有するＴｉ_１−ＸＮ_Ｘサンプル（２２％ＴｉＮ）に類似する、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）Ｔｉ立方体を使用してシード粒子を生産した。全部で１５個の６．３５ｍｍ（０．２５インチ）Ｔｉ立方体を５メッシュＴｉスポンジのバッチに添加し、Ｔｉシード粒子を検出する仕分けマシンの能力を決定した。同一の検査を実際の焼成Ｔｉスポンジの２２％ＴｉＮサンプルを使用して行い、比較の基礎とした。検査結果は以下の表１のとおりである。

表１の左側列はプロセス流に添加したシード粒子又は望ましくない粒子の数を示し、中央列は仕分けシステムを通過した望ましくない粒子又はシード粒子の数を示し、右側列は拒絶された粒子の総数を示す。表１が示すように、陽極酸化処理したＴｉ立方体の拒絶数は焼成Ｔｉスポンジ粒子と同一の割合で生ずる。拒絶率が同一であることは陽極酸化処理した６．３５ｍｍ（０．２５インチ）のＴｉ立方体を使用してシステムの仕分け能力を検査できることを示す。

実施例♯３
この実施例において、Ｔｉスポンジの大量バッチを仕分けして仕分けプロセスの精度を決定した。総量５４４３ｋｇ （約１２０００ポンド）の５メッシュＴｉスポンジを、実施例２に記載したのと同一のオプティクス型番３７５５の仕分けマシンによって処理した。１２２５〜１７２４ｋｇ（２７００〜３８００ポンド）とした５個の個別バッチのそれぞれを仕分けした。Ｔｉスポンジ粒子の各個別バッチに対して２回の別個の検査作業（ラン）を行った。仕分け精度は２通りの手法で測定した。まず、仕分けマシンによって除去された望ましくない粒子の総重量を２回の検査作業間で比較し、第２に仕分けマシンによって除去された各タイプの望ましくない粒子の総数を２回の検査作業間で比較した。各検査作業において、Ｔｉスポンジを６８０．４ｋｇ（１５００ポンド／時）の送りレートで仕分けする２回の検査作業間で、望ましくない粒子流に送られたＴｉスポンジの総数は類似した。仕分けプロセスの精度は、第１仕分け検査中に見つかった望ましくない粒子の総数を、第１及び第２の仕分け検査中に見つかった望ましくない粒子の総数で割り算することによって測定した。仕分けプロセスの結果を以下の表２に示す。

表２で得られた結果は、さび、ディスク、ゴム及び退色のサンプルに対する検出及び除去の精度は５つのすべてのバッチの平均が７５％であった。このことはこれら望ましくない粒子の７５％が自動仕分けシステムによってプロセス流から除去されたことを意味する。仕分けシステムが示した異物に対する精度は８２％、青色フォイルに対する精度は７５％であった。重量に関しては、仕分けシステムの全体精度は平均で７３％であることが分かった。

実施例♯４
この実施例では、Ｔｉスポンジ粒子の５つのバッチを、実施例３で説明したのと類似した様式で仕分けした。Ｔｉスポンジは５メッシュスクリーンを使用してサイズ決めするとともに、望ましくない粒子は、１２メッシュスクリーンを使用して望ましくない粒子流から極めて微細な粒子を除去した。 ４５３．６ｋｇ／時（１０００ポンド／時）の減少させた送りレートを仕分けプロセス中に使用した。この結果を以下の表３に示す。

表３の結果はサンプルの５つのバッチにわたる検出精度が最低の６９．６％から最大の９０．３％の範囲にあることを示す。プロセス流から除去された望ましくない粒子の平均パーセンテージは８０．８％であった。より高い回収値はこの検査ラン中に使用したより低い送りレートによるものと思われる。

実施例♯５
初期的にスクリーニングした複数個のＴｉスポンジ粒子を６，７，８，及び１２メッシュの粒子による個別のバッチにした。各バッチを、実施例１で説明したように、１０％重炭酸ナトリウム水溶液に浸漬し、２２Ｖ又は５２Ｖの直流電流を２０分にわたり印加し、Ｔｉシード粒子を生産した。このように形成したシード粒子を、次に蛍光塗料でペイントした。

Ｔｉシード粒子を形成した後、実施例２で説明したように、自動点検及び仕分けシステムに通過させることによって個別に色認識の検査をした。仕分けシステムが適正に構成されているとき、６及び８メッシュの青色Ｔｉシード粒子並びに８メッシュ赤色Ｔｉシード粒子をほぼ１００％拒絶する。標準的動作条件の下では、１２メッシュ青色Ｔｉシード粒子の半分（５０％）が拒絶される一方で、７メッシュの金色Ｔｉシード粒子では僅かな部分しか拒絶されなかった。１２メッシュ青色メッシュＴｉシード粒子のより小さい拒絶レートはその小さいサイズに起因する一方で、金色Ｔｉシード粒子の低い拒絶レートは、適切に着色した金色Ｔｉシード粒子を生産するのが困難であることに起因する。この実施例で使用したＴｉシード粒子のサイズ、色、及び数を以下の表４に示す。

Ｔｉシード粒子を使用して、実施例２で説明し、また図１に示したものと類似の自動点検及び仕分けシステムの回収率を決定する。この実施例において、図５に示した構成を有する自動点検及び仕分けシステムの動作は、先ず第１送りレートでＴｉスポンジ粒子のバッチを仕分けし、ついで同一バッチから拒絶された粒子を同一仕分けシステムを使用しかつ第２送りレートで動作させることによって再仕分けすることによって検査する。

Ｔｉシード粒子をＴｉスポンジ粒子の個別バッチにランダムな間隔で添加し、ついで自動仕分けシステムによる点検を受けるようにする。第１ソートは、１５４２ｋｇ／時（３４００ポンド[lb]／時[hr]）の通常の送りレートを使用して高速で行う。瞬間的な送りレートは、１２２５〜１６７８ｋｇ／時（２７００〜３７００ｌｂ／ｈｒ）の範囲で変動するが、一般的には１５４２ｋｇ／時（３４００ｌｂ／ｈｒ）のレートで安定する。初期仕分けの作業（ラン）から拒絶される粒子は保持し、４５３．６ｋｇ／時（１０００ｌｂ／ｈｒ）の送りレートを使用する低速での第２ソートとして、自動仕分けシステムに再投入した。実際の送りレートは、低い ４１７．３ｋｇ／時（９２０ｌｂ／ｈｒ）から高い ４９９ｋｇ／時（１１００ｌｂ／ｈｒ）で変動するが、通常値の４５３．６ｋｇ／時（１０００ｌｂ／ｈｒ）を維持する。第２ソートからの拒絶物はブラックライトの下で観察し、Ｔｉシード粒子を回収する。Ｔｉスポンジ粒子の５個の個別バッチ（バッチＮｏ.Ａ１〜Ａ５）に関して得た回収率は、自動点検及び仕分けシステムによって処理されたものであり、以下の表５に示す。

測定した回収率は、６メッシュ青色Ｔｉシード粒子の６４％、７メッシュ金色Ｔｉシード粒子の８０％、８メッシュ青色Ｔｉシード粒子の７６％、８メッシュ赤色Ｔｉシード粒子の８０％から、１２メッシュ青色Ｔｉシード粒子の４６％までの範囲にわたる。自動点検によって測定した最高回収率は７メッシュ金色Ｔｉシード粒子である一方、最低回収率は１２メッシュ青色Ｔｉシード粒子であった。

Ｔｉシード粒子の各クラスに関して得られた回収率を図７にプロットして比較の基礎とする。図７において、ラベル「Ｏ」は自動仕分けシステムを表す。番号６，７，８及び１２は、それぞれ６，７，８及び１２メッシュのＴｉシード粒子を表すとともに、文字ｂ，ｇ，及びｒはそれぞれ青色、金色及び赤色の粒子を表す。したがって、例として、ラベルＯ６ｂは６メッシュ青色Ｔｉシード粒子に関して自動点検で得られた回収率を示す。図７において、垂直バーは、その特定仕分けプロセスで得られた回収率の全体範囲の広がりをしめすとともに、垂直ボックスは、データの正規分布に基づくデータの９０％信頼水準を示す。表４及び５で得られ、図７に示された結果は、自動点検及び仕分けシステムを周期的に適格認定するシード粒子として、陽極酸化処理したＴｉスポンジを使用することの実行可能性を示唆する。

自動点検プロセスで得られるＴｉシード粒子の回収率は、さらにＴｉシード粒子の重量に基づいて計算した。このことは、バッチに添加したＴｉシード粒子の総重量を測定し、つぎに回収したＴｉシード粒子の重量を測定することによって得た。重量パーセント（ｗｔ％）回収率は、回収したＴｉシード粒子の総重量を添加した全Ｔｉシード粒子の総重量で割り算し、その結果に１００を掛け合わせることによって計算した。陽極酸化処理したＴｉ粒子の表４及び５で分析したのと同一の５個のバッチに対して行った結果を以下の表６に示す。表６において、バッチ番号は左側に示すとともに、「バッチ重量」はバッチに含まれる全Ｔｉ粒子及びＴｉシード粒子の総重量を表す。「一次拒絶」及び「二次拒絶」それぞれは、自動点検及び仕分けシステムで行った１回目及び２回目の仕分け作業それぞれの完了後に回収された粒子の重量パーセント（バッチ重量の関数としての）を表す。シード粒子は視覚的チェックによって識別したが、この場合、ＵＶコーティングが暗室でＵＶライトによってこれら粒子の位置を明らかにする。

表６の結果は、一次拒絶がバッチの全重量に対する１９．０〜２２．１重量％の範囲にわたるとともに、二次拒絶がバッチの全重量に対する３．５〜５．７重量％の範囲にわたることを示す。したがって、自動点検及び仕分けシステムは、検出した望ましくない粒子を、処理するＴｉスポンジ粒子の総重量のうち３．５〜５．７重量％に対応する量に絞り込む。表６の最右欄はプロセス流の自動仕分けによって回収したＴｉシード粒子の重量％を示す。

上述の実施例が示すように、自動点検及び仕分けシステムの仕分け能力の適格認定をするのにシード粒子を使用することによって、システムの精度を検査及び検証することができる。仕分け能力を周期的に適格認定することによって、仕分けシステムの継続的な適正運用を検証することができる。

当業者には、本発明は特別に図示して説明したものに限定しないことは理解できるであろう。本発明の範囲は別紙特許請求の範囲によって定義される。さらに、上述の説明は例示的な実施形態を示すに過ぎない。本明細書を読む人の便宜上、上述の説明はあり得る実施形態のうち代表的な例に焦点を当てたものであり、その例は本発明の原理を教示する。他の実施形態は、異なる実施形態の部分の異なる組み合わせから生ずることができる。

説明は、すべてのあり得る変更例を網羅的に列挙しようとしたものではなく、本発明の特定部分に対する代替的な実施形態は、提示しなかったが説明した部分の異なる組み合わせから生ずることができ、またその他の記載しなかった代替的実施形態は部分的に利用可能であり、これら代替的実施形態を放棄するものと考慮すべきではない。それら記載しなかった実施形態の多くは別紙特許請求の範囲の文字通りの範囲内にあり、他のものも均等物であると理解されたい。さらに、本明細書に引用したすべての参考文献、刊行物、米国特許及び米国特許出願公開は、参照することによって、記載された通りに本明細書に組み込まれるものとする。

Claims (20)

1. 自動点検及び仕分けシステムに使用するシード粒子を適格認定する方法であって、
   所定の形状及びサイズ分布を有する複数個の粒子を生産するステップと、
   被覆したシード粒子にするため前記粒子に共形表面層を形成し、これにより少なくとも１つの特性を付与する共形表面層形成ステップであり、前記少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとした、該共形表面層形成ステップと、
   複数個のシード粒子を、前記自動点検及び仕分けシステムの処理を受ける複数個の粒子を含むプロセス流に添加するステップと、
   前記自動点検及び仕分けシステムをプログラミングするステップであって、前記プロセス流から所定の特性の値又は値の範囲を有するシード粒子を選択的に除去するようプログラミングするステップと、及び
   前記自動点検及び仕分けシステムによって前記プロセス流から検出されまた除去されたシード粒子を保持するステップと
   を有する、方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記粒子は、約２ｍｍ、約３ｍｍ又は約４ｍｍの平均断面サイズを有する金属粒子とする、方法。
3. 請求項１記載の方法において、前記共形表面層は、陽極酸化処理、電気めっき、化学的蒸着、物理的蒸着及び塗装からなるグループから選択した少なくとも１つの処理によって形成する、方法。
4. 請求項３記載の方法において、前記シード粒子の共形表面層は色又は色の範囲を有し、前記色又は色の範囲は、望ましくない粒子の対応の色の値又は色の範囲と同一又はほぼ同一の色の値又は色の範囲とする、方法。
5. 請求項４記載の方法において、前記共形表面層は、前記粒子を使用して製造する物品の特性に望ましくない影響を与えない材料から形成する、方法。
6. 請求項３記載の方法において、前記粒子はＴｉスポンジを含み、前記望ましくない粒子は窒化Ｔｉスポンジを含み、またシード粒子はＴｉスポンジを含み、前記シード粒子の表面を、少なくとも１つの特性を有する材料の共形層でコーティングし、前記少なくとも１つの特性は、窒化Ｔｉスポンジの対応の特性の値又は特性の範囲と同一又はほぼ同一の特性の値又は特性の範囲を有するものとした、方法。
7. 請求項６記載の方法において、前記シード粒子は酸化チタンの共形表面層を表面に形成したＴｉスポンジを含み、前記酸化チタンの厚さは、シード粒子に対して窒化Ｔｉスポンジの対応の色の値又は色の範囲と同一又はほぼ同一の色の値又は色の範囲を付与するよう調整する、方法。
8. 請求項７記載の方法において、前記シード粒子の色の値又は色の範囲は、金色、黄色、茶色、黒色、青色、赤色、紫色、又はこれら色の暗色及び／又は組み合わせの色とする、方法。
9. 請求項１記載の方法において、除去された前記シード粒子を、前記自動点検及び仕分けシステムに再導入する、方法。
10. 粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けする自動システムを適格認定する方法であって、
    少なくとも１つの特性を有するシード粒子を生産するシード粒子生産ステップであり、前記少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとした、該シード粒子生産ステップと、
    前記システムを較正する較正ステップであり、所定特性の特性値又は特性値の範囲に基づいて粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を識別又は区別できるようにする、該較正ステップと、
    所定量のシード粒子を、複数個の粒子及び望ましくない粒子を含むプロセス流に導入するステップと、
    前記プロセス流が移動表面に沿って搬送されるとき、前記プロセス流をモニタリングするステップと、
    前記プロセス流における前記シード粒子及び望ましくない粒子を識別するステップと、
    前記プロセス流から前記シード粒子及び望ましくない粒子を除去するステップと、
    除去したシード粒子の数が、プロセス流に導入した所定量のシード粒子に等しいか否かを決定するステップと、
    決定結果に基づいて前記プロセス流から除去する望ましくない粒子を最大化するようシステムを再較正するステップと
    を有する、方法。
11. 請求項１０記載の方法において、前記シード粒子の表面層を、陽極酸化処理、電気めっき、化学的蒸着、物理的蒸着及び塗装からなるグループから選択した少なくとも１つの処理によって形成する、方法。
12. 請求項１１記載の方法において、前記シード粒子は、複数個の粒子に共形表面層を形成し、これにより前記シード粒子に少なくとも１つの特性を付与し、前記少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとした、方法。
13. 請求項１２記載の方法において、前記共形表面層は、前記粒子を使用して製造する物品の特性に望ましくない影響を与えない材料から形成する、方法。
14. 請求項１３記載の方法において、前記粒子はＴｉスポンジを含み、前記望ましくない粒子は窒化Ｔｉスポンジを含み、またシード粒子はＴｉスポンジを含み、前記シード粒子の表面を、少なくとも１つの特性を有する材料の共形層でコーティングし、前記少なくとも１つの特性は、窒化Ｔｉスポンジの対応の色の値又は色の範囲と同一又はほぼ同一の色の値又は色の範囲を有するものとした、方法。
15. 請求項１４記載の方法において、前記シード粒子は酸化チタンの共形表面層を表面に形成したＴｉスポンジを含み、前記酸化チタンの厚さは、窒化Ｔｉスポンジの対応の色の値又は色の範囲と同一又はほぼ同一の色の値又は色の範囲を有するシード粒子となるよう調整する、方法。
16. 請求項１５記載の方法において、前記シード粒子の色の値又は色の範囲は、金色、黄色、茶色、黒色、青色、赤色、紫色、又はこれら色の暗色及び／又は組み合わせの色とする、方法。
17. 粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けするシステムであって、
    ａ）所定の形状及びサイズ分布を有する複数個の粒子であり、これら複数個の粒子に共形表面層を形成して少なくとも１つの特性を有するシード粒子を生産し、前記少なくとも１つの特性は、望ましくない粒子の対応する特性の値又は値の範囲と同一又はほぼ同一の値又は値の範囲を有するものとした、該シード粒子と、
    ｂ）点検及び仕分けすべき粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を含むプロセス流と、
    ｃ）第１自動点検及び仕分け装置と
    を備え、前記第１自動点検及び仕分け装置は、
    所定送りレートでプロセス流を前記装置に導入するフィーダ、
    前記プロセス流を前記システムに搬送する移動表面、
    前記移動表面に沿って搬送される前記プロセス流を照明するランプ、
    前記プロセス流の画像を撮影するカメラ、
    前記カメラが撮影した画像を分析し、また前記画像を、粒子、シード粒子及び望ましくない粒子のパラメータの所定範囲と比較するデバイス、及び
    シード粒子及び望ましくない粒子を前記プロセス流から除去するエアエジェクタ
    を有する構成とした、粒子点検及び仕分けシステム。
18. 請求項１７記載の粒子点検及び仕分けシステムにおいて、除去された前記シード粒子及び望ましくない粒子をフィーダに返送する、粒子点検及び仕分けシステム。
19. 請求項１７記載の粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けする粒子点検及び仕分けシステムにおいて、さらに、第２自動点検及び仕分け装置を備え、前記プロセス流から前記第１自動点検及び仕分け装置によって除去された前記シード粒子及び望ましくない粒子を、前記第２自動点検及び仕分け装置によって点検及び仕分けする、粒子点検及び仕分けシステム。
20. 請求項１９記載の粒子、シード粒子及び望ましくない粒子を点検及び仕分けする粒子点検及び仕分けシステムにおいて、前記第１自動点検及び仕分け装置の送りレートを前記第２自動点検及び仕分け装置の送りレートよりも高いものとした、粒子点検及び仕分けシステム。

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